如何解決EMC設計中的串擾問(wèn)題

一、概述

串擾是通過(guò)近電場(chǎng)（電容耦合）和磁場(chǎng)（電感耦合）在相鄰導體之間耦合的噪聲。盡管任何相鄰導體都表現出串擾，但是當它出現在強干擾信號和敏感信號之間時(shí)，對信號完整性將造成很大的影響。

串擾的再定義：

攻擊者=高振幅+高頻+短上升時(shí)間

受害者=低振幅+高阻抗 

某些信號由于其性質(zhì)或在電路中的功能而對串擾特別敏感，這些信號是潛在的串擾受害者 ，如：

• 模擬信號：與數字信號相比，它們對噪聲更敏感，尤其是在振幅較低的情況下。

• 高阻抗控制信號：使能，復位，振蕩器和反饋信號是控制類(lèi)信號。如果此類(lèi)信號是由低阻抗源產(chǎn)生的，則它們很容易受到電容串擾的干擾。

另一類(lèi)信號很容易在受害者身上引起噪聲，并被認為是串擾的潛在攻擊者 。為了識別潛在的攻擊者，請記住串擾是由PCB走線(xiàn)之間的耦合電容和電感引起的?；谶@些考慮，電路中的潛在攻擊者是：

• 高振幅信號 （電壓或電流）

• 快速信號 （上升時(shí)間短或者高頻）

小化串擾的基本規則：使攻擊者和受害者盡可能遠離。

具體規則如下：

二、帶狀線(xiàn)布置

通過(guò)為每個(gè)層分配單個(gè)方向并交替相鄰層的方向，可以大大減少電容耦合和電感耦合。該技術(shù)稱(chēng)為“正交布線(xiàn)”，如圖1所示。

圖1 正交布線(xiàn)

當不能應用正交布線(xiàn)或對于沒(méi)有被參考平面分隔的具有相同布線(xiàn)方向的層時(shí)，也可以通過(guò)交錯信號跡線(xiàn)來(lái)減少串擾，如圖2所示。

圖2 交錯布線(xiàn)

如果無(wú)法在不同層上布置攻擊者和受害者，則應強制按照并行走線(xiàn)要求進(jìn)行布線(xiàn)。平行走線(xiàn)之間的串擾噪聲量取決于平行走線(xiàn)的長(cháng)度和它們之間的間隙。間隙越小，對于相同的串擾量，允許并行走線(xiàn)的長(cháng)度越短。串擾不僅取決于并行度，而且還取決于信號和PCB特性。

關(guān)于并行布線(xiàn)的經(jīng)驗法則稱(chēng)為“ 3W規則 ”，意思是為了避免在同一層布線(xiàn)的平行走線(xiàn)之間發(fā)生串擾，走線(xiàn)中心之間的小間距應保持3W，圖3說(shuō)明了3W規則。

圖3  3W規則

雖然通過(guò)應用3W規則確實(shí)可以減少串擾，但實(shí)際的3W值會(huì )導致電路板面積增大，可能很昂貴。因此通常在前邊規則無(wú)法滿(mǎn)足要求的情況下才使用3W規則。

減少在同一層上布線(xiàn)的平行走線(xiàn)之間串擾的另一種措施是使用兩端都接地的走線(xiàn)（稱(chēng)為保護走線(xiàn)）將它們分開(kāi)。圖4中必須將保護走線(xiàn)的所有末端都接地，否則它將像天線(xiàn)一樣把干擾帶出去。

圖4 地防護

對防護技術(shù)的實(shí)驗研究表明，通過(guò)簡(jiǎn)單地將受害者與攻擊者分開(kāi)，即使不存在防護走線(xiàn)，也可以實(shí)現相同的串擾降低（這等效于4W并行度規則）。但是，保護走線(xiàn)也會(huì )對周?chē)h(huán)境的電磁干擾產(chǎn)生有益的影響，因此，仍然建議保留地線(xiàn)來(lái)減少強干擾信號和敏感信號的串擾。

保護走線(xiàn)會(huì )影響信號走線(xiàn)的特征阻抗和傳輸時(shí)間，如果將其應用于高速信號線(xiàn)需考慮信號完整性！